(57)【要約】  母材の少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板（２，２）を突合せ溶接することで形成された鋼板溶接継手（１）、及びその溶接継手を含む溶接構造体（Ａ）において、当該鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に耐脆性き裂伝播方向制御部（３）を設け、該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起（４）と該突起と他方の鋼板の間の傾斜ビード（３１）を有し、傾斜ビードは、鋼板溶接継手の溶接線（Ｌ）上から延在するとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜し、鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されている。これにより、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制できる。
2012008055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線上からその長手方向に延伸するとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜しており、かつ、傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項２】
前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足すること、を特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
ｄ＋５０  ≦  Ｗ    ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
【請求項３】
前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項４】
前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項５】
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記小鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側に形成される水平ビードを含むこと、を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項６】
母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体であって、該鋼板溶接継手の少なくとも１箇所に、上記請求項１〜５の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂の伝播を制御、抑制する耐脆性き裂伝播性に優れた溶接継手、及びその溶接継手を有する溶接構造体に関する。
特に、厚鋼板を用いて溶接を適用した溶接構造物の溶接継手において脆性き裂が発生した場合でも、その伝播を制御、抑制して安全性を向上させることができる耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体、建築構造物、土木鋼構造物に代表される溶接構造体においては、脆性き裂等の破壊に対する高い安全性が求められるようになっている。特に、コンテナ船は大型化が顕著であり、例えば、６０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船が製造されるようになり、船殻外板の鋼板が厚肉化並びに高強度化し、板厚７０ｍｍ以上で降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板が用いられるようになっている。
ここで、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ  ｆｅｅｔ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）とは、長さ２０フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
このような大型コンテナ船は、積載能力や荷役効率の向上のため、仕切り壁を無くして上部開口部を大きく確保した構造とされており、特に、船殻外板や内板の強度を確保する必要があるため、上記のような高強度鋼板が用いられている。【０００３】
上述のような溶接構造物を建造する際、建造コストの低減や建造効率向上を目的として、大入熱溶接（例えば、エレクトロガスアーク溶接）が広く適用されている。小さな入熱量の適用による多層盛溶接では、特に、鋼板の板厚が増すほど溶接工数が著しく増加するため、極限まで大入熱で溶接を行なうことが要求される。しかしながら、鋼板の溶接に大入熱溶接を適用した場合、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の靭性が低下し、ＨＡＺの幅も増大するため、脆性破壊に対する破壊靭性値が低下する傾向にある。【０００４】
このため、溶接継手において脆性き裂が発生するのを抑制するとともに、脆性き裂の伝播停止（アレスト）を達成することを目的として、耐脆性破壊特性に優れたＴＭＣＰ鋼板（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱加工制御）が提案されている。上記ＴＭＣＰ鋼板を用いることにより、脆性破壊発生に対する抵抗値である破壊靭性値が向上するため、通常の使用環境では、構造物が脆性破壊する可能性は極めて低くなる。しかしながら、地震や構造物同士の衝突の事故や災害等の際に、万が一、脆性破壊が生じると、脆性き裂がＨＡＺを伝播して大きな破壊が生じるおそれがある。【０００５】
例えば、コンテナ船等に代表される溶接構造体では、板厚５０ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板等が使用され、万が一、溶接継手で脆性き裂が発生しても、溶接残留応力によって脆性き裂が溶接部から母材側に逸れるので、母材のアレスト性能を確保すれば、脆性き裂を母材で停止できると考えられていた。また、６０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船等、さらに大型の溶接構造体においては、より大きな板厚の鋼板が必要となり、さらに、構造を簡素化するうえで鋼板の厚肉化が有効であることから、設計応力が高い高張力鋼の厚鋼板を用いることが求められていた。しかしながら、このような厚鋼板を用いた場合、ＨＡＺの破壊靭性の程度によっては、脆性き裂が母材に逸れること無くＨＡＺに沿って伝播し続け、溶接構造物に大きな破壊をもたらすおそれがある。【０００６】
上記問題を解決するため、突合せ溶接継手の一部に補修溶接（継手の一部分に対してはつりを行い、その箇所に埋め戻し溶接する）を施し、ＨＡＺに沿って伝播する脆性き裂を母材側に逸らせる構成とされた溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１の溶接構造体では、母材の破壊靭性が非常に優れている場合には有効であるが、母材の破壊靭性が不充分な場合には、母材側に逸れた脆性き裂が長く伝播し、構造物としての強度が著しく低下するおそれがある。また、埋め戻し溶接部のボリュームが大きめとなり、工程時間が長くなるとともに、製造コストも増大するという問題がある。【０００７】
また、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、脆性き裂の伝播を制御する目的で、板状のアレスタ材が溶接線と交差するように貫通して溶接され、アレスタ材として、表面や裏面の板厚比２％以上の厚みの表層域における集合組織が適正化されたものを用いる溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、特許文献２に記載の溶接構造体を大型建造物に適用した場合、例えば、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ材に突入し、そのままアレスタ材の内部を伝播した後、再び溶接継手を伝播するおそれがある。一方、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ材及び該アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手の位置で母材側に逸れた場合には、上記同様、母材の破壊靭性が不充分だと脆性き裂が長く伝播し、溶接構造物としての強度が著しく低下するという問題も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３１７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接構造体の溶接継手に発生した脆性き裂が、溶接継手や母材を伝播するのを防止するため、溶接継手の途中に、特許文献２のような脆性き裂の伝播を制御する継手構造を設ける場合について鋭意研究した。
この結果、脆性き裂の伝播を制御する継手構造の形状並びに鋼材特性を適正化することにより、溶接継手及び母材における脆性き裂の伝播を抑制し、溶接構造体に大規模な破壊が発生するのを防止できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、請求の範囲に記載した以下の内容に関する。【００１１】
［１］  少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで形成されてなる鋼板溶接継手において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線上からその長手方向に延伸するとともに、鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜しており、かつ、傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。【００１２】
［２］  前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足すること、を特徴とする上記［１］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
ｄ＋５０  ≦  Ｗ    ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
［３］  前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記
［１］又は［２］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
［４］  前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。【００１３】
［５］  前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板からなるとともに、該小鋼板を互いに突合せ溶接することで小鋼板溶接継手が形成されており、前記小鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線上から延在する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端側に形成される水平ビードを含むこと、を特徴とする上記［１］〜［４］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。【００１４】
［６］  母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体であって、該鋼板溶接継手の少なくとも１箇所に、上記［１］〜［５］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。【００１５】
なお、本発明では、溶接金属部と溶接熱影響部を含む部分を溶接継手と定義する。また、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは、当該溶接構造体が使用される温度、あるいは設計温度における数値である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の溶接構造体によれば、鋼板を突合せ溶接して形成した溶接継手の少なくとも一箇所に、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードとからなる耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられているので、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、溶接継手を伝播する脆性き裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部によって鋼板母材のアレスト性能の高い部位にそらしたり、あるいは該耐脆性き裂伝播方向制御部で阻止することができ、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。
従って、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体を、高い生産効率及び低コストで得ることができる。
このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされことから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
図１は、本発明を説明する図であり、鋼板同士が溶接されて形成された鋼板溶接継手の一部に、傾斜ビードを有する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられた状態を示す平面図である。
図２は、鋼板溶接継手の一部に図１に示される耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられた場合の脆性き裂の進展状況を説明する模式図である。
図３は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体のき裂伝播特性を説明する模式図であり、図１に示す鋼板溶接継手及び溶接構造体の要部拡大図である。
図４は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体を、船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。
図５は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。
図６は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。
図７は、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。
図８は、本発明の実施例で用いる溶接継手試験体について説明する図である。
図９は、本発明の実施例における耐脆性き裂伝播性を評価するための引張試験方法について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１９】
従来、鋼板溶接継手において発生した脆性き裂は、主として、鋼板溶接継手に沿って長手方向を伝播する。このため、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が起点となり、溶接構造体全体に大きな破壊が生じるおそれがあるという問題があった。
本発明者等は、上述のような脆性き裂の伝播方向を効果的に制御し、溶接構造体においてき裂が伝播するのを抑制するためには、上記従来技術において、さらに脆性き裂の伝播を制御する部材の形状並びに鋼材特性を適正化することが重要であることを知見した。
本発明の基本原理について図１、２を用いて説明する。
【００２０】
本発明では、鋼板２、２を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手１の途中に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部３を設ける。
該耐脆性き裂伝播方向制御部３は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部４を設け、他方の鋼板に突出部４に対応する形状の切欠き部５を設け、両者を突合せ溶接することで形成される。
突起部４は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部４と切欠き部５の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード３１が、前記鋼板溶接継手１から連続して形成される。
【００２１】
鋼板溶接継手が大きな破壊エネルギーを受けて鋼板溶接継手１に脆性き裂が発生した場合でも、この耐脆性き裂伝播方向制御部３を設けることで、き裂の伝播を次のようにして制御する。
鋼板溶接継手１の長手方向の一方側（図２−ａ〜ｅ上側）で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板２と鋼板溶接継手１の境界に沿って伝播する。き裂ＣＲが傾斜ビード３１に達したとき、き裂ＣＲは、突起部４に突入することなく、図２−ａに示すように、鋼板２と傾斜ビード３１の境界に沿って伝播し、鋼板２の母材部に到達することになる。このとき、母材部に進入しても鋼板２の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが高いと、そこでき裂ＣＲの進展を停止することができる。
【００２２】
また、破壊エネルギーの程度によっては、き裂が傾斜ビードから突起部４に突入する場合もある。その場合でも、突起の高さが十分ある場合や、突起を形成する母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが十分に高い場合には、図２−ｂに示すよう、に突起部４の領域の内部で脆性き裂の伝播を停止させることができる。
さらに、鋼板溶接継手１の長手方向の他方側（下側）から脆性き裂ＣＲが伝播してきた場合でも、耐脆性き裂伝播方向制御部３のＫｃａを高くし、かつ耐脆性き裂伝播方向制御部３の溶接継手に沿った方向の高さを十分なものにしておけば、図２−ｆに示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３内部で、き裂ＣＲの進展を停止することができる。
【００２３】
逆に、耐脆性き裂伝播方向制御部３のＫｃａが低い場合や耐脆性き裂伝播方向制御部３の形状が十分でない場合などでは、図２−ｃのように、脆性き裂ＣＲが耐脆性き裂伝播方向制御部３を貫通したり、図２−ｄのように傾斜ビードから鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手１を伝播することが想定される。また、鋼板のＫｃａが低い場合には、傾斜ビードから鋼板に逸れた脆性き裂が図２−ｅのように鋼板を伝播することも想定される。
【００２４】
本発明は、このような基本原理の下で、脆性き裂の進展を阻止する母材鋼板の条件、脆性き裂の進展を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部の条件などについてさらに検討してなされたものであり、以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
＜全体の構成＞
第１の実施形態は、図３に示すように、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板２、２を突合せ溶接することで鋼板溶接継手１が形成されている場合の例であり、以下、この継手に適用した形態を溶接構造体Ａと称して説明する。
溶接構造体Ａにおいては、鋼板溶接継手１の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を、鋼板母材側にそらすため耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられる。耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられる位置は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予測される鋼板溶接継手の途中が望ましい。
該耐脆性き裂伝播方向制御部３は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部４を設け、他方の鋼板に突出部４に対応する形状の切欠き部５を設け、両者を突合せ溶接することで、鋼板継手１１と１２の間に形成される。
突起部４は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部４と切欠き部５の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード３１が、前記鋼板溶接継手１から連続して形成される。
傾斜ビード３１は、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜するように形成されており、傾斜ビード３１の後端３１ｂに水平ビード３２の一端３２ａが接続され、水平ビード３２の他端３２ｂが鋼板継手１２に接続されている。
【００２６】
＜鋼板＞
鋼板２は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされる鋼材からなる。耐脆性き裂伝播性がより向上する点からは、６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることが好ましい。
鋼板２は、上記Ｋｃａを満足しておれば、化学成分組成や金属組織等については、特定のものに制限されず、船舶用溶接構造体、建築構造物及び土木鋼構造物等の分野において、従来公知の鋼板特性を備えるものを使用することができる。
例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．０２％を含有する組成を基本とし、この組成に、求められる性能に応じて、さらに、Ｎ：０．００１〜０．００８％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００３〜０．０５％、Ｃａ：０．０００１〜０．００３％、Ｍｇ：０．００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１８％、Ｎｉ：０．０１〜５．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、ＲＥＭ：：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以上を含有させ、残部はＦｅ及び不可避不純物によって構成される鋼があげられる。
特に、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼板としては、特開２００７−３０２９９３号公報や、特開２００８−２４８３８２号公報などに示されるような組成の厚鋼板が好適に使用できる。
【００２７】
鋼板２の板厚は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。鋼板２の板厚がこの範囲であれば、溶接構造体としての鋼板強度を確保することができるとともに、優れた耐脆性き裂伝播性を得ることが可能となる。特に、４０ｍｍ以上の鋼板を用いた溶接構造体では、脆性き裂の伝播を止めるための有効な手段がなく、板厚４０ｍｍ以上、より好ましくは５０ｍｍ以上で、１００ｍｍ以下の鋼板を用いた溶接構造体において、本発明はより効果的に実施される。
【００２８】
＜耐脆性き裂伝播方向制御部＞
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板溶接継手１の少なくとも一部に設けられる溶接継手からなるものであり、図３に示す例では、鋼板溶接継手１をなす２箇所の鋼板継手１１、１２の間に耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられている。
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板溶接継手１（図示例では鋼板継手１１）の溶接線Ｌ上から延伸するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の傾斜角度θで傾斜する傾斜ビード３１を具備してなる。また、図示例の耐脆性き裂伝播方向制御部３は、傾斜ビード３１の後端３１ｂに水平ビード３２の一端３２ａが接続され、水平ビード３２の他端３２ｂが鋼板継手１２に接続されている。
本発明に係る鋼板溶接継手並びにそれが用いられてなる溶接構造体は、上述したような耐脆性き裂伝播方向制御部３を備えることにより、仮に、鋼板溶接継手１に脆性き裂が生じた場合でも、この脆性き裂の伝播方向を制御し、鋼板溶接継手１を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板２同士が分断するのを防止するものである。
【００２９】
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、上述のように、鋼板溶接継手１１の溶接線Ｌ上に配された頂部３１ａから延在する傾斜ビード３１が、鋼板溶接継手１（１１、１２）の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度θで傾斜していることが好ましい。
傾斜ビード３１の傾斜角度を上記範囲とすることにより、鋼板溶接継手１１を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を、鋼板溶接継手から傾斜ビード３１に沿って進展するように導き、鋼板１の母材側に安定的に逸らすことが可能となる。
【００３０】
耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度θが１５°未満だと、傾斜ビードに沿ってき裂を伝播させても、この傾斜ビードを通過したき裂の位置が、もとのき裂伝播経路である鋼板溶接継手の位置と近くなるため、き裂が再び鋼板溶接継手に突入して伝播するおそれがある。
また、傾斜ビードの角度θが５０°を超えると、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播した後に、鋼板の母材側に逸れず、そのまま、突起部４内に突入する可能性が大きくなる。この場合、耐脆性き裂伝播方向制御部に対して直接的に脆性き裂が突入するため、突起部４の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが十分でない場合には、き裂の伝播が停止せずに耐脆性き裂伝播方向制御部を通過し、再び鋼板溶接継手に突入して伝播するおそれがある。
また、脆性き裂伝播方向制御部の高さＨを、以下に説明するような範囲で確保しつつ、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度θが５０°を超えると、脆性き裂伝播方向制御部の幅Ｗが大きくなりすぎて現実的でない。
脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播するように導くための傾斜角度θのより好ましい範囲は、２０°以上４５°以下であり、さらに好ましい範囲は２５°以上４０°以下である。
【００３１】
なお、傾斜ビード３１と鋼板継手１２とを結ぶ水平ビード３２は、水平ビード３２と鋼板継手１２の間の角度θ２（図１−ｂ参照）が、８０°（好ましくは９０°）以上、１１０°以下の範囲になるように形成してあればよい。この範囲を外れると、脆性き裂が、傾斜ビードの途中から突起部４に突入したり、図２−ｄのように鋼板継手に戻る危険性がある。
【００３２】
本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）に用いられる耐脆性き裂伝播方向制御部３に設けられる突起部４は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、前記鋼板溶接継手１から突出する横幅Ｗ（ｍｍ）が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足することが好ましい。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
ｄ＋５０  ≦  Ｗ    ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
【００３３】
耐脆性き裂伝播方向制御部３に設けられる傾斜ビード３１の各寸法値を上記関係とすることにより、仮に、脆性き裂が鋼板溶接継手１を伝播した場合であっても、き裂の伝播方向を、傾斜ビードによって鋼板２の母材側へ効果的に逸らすことが可能となる。また、き裂が突起部４内に突入した場合でも、突起部内部でき裂の進展を停止させることが可能となる。
耐脆性き裂伝播方向制御部の各寸法値の関係が、上記（１）、（２）式で表される関係を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に進入し、鋼板の母材側に逸れずに鋼板溶接継手を伝播してしまう可能性がある。
脆性き裂の伝播をより確実に止めるためには、上記高さＨは、２００ｍｍ以上、または２５０ｍｍ以上、さらには、３００ｍｍ以上がより好ましく、上記（１）式において、Ｈ／Ｔは、２．０以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。
【００３４】
＜脆性き裂の伝播方向の制御＞
上記構成とされた溶接構造体Ａにおいて、鋼板溶接継手１に脆性き裂が発生した場合の、き裂伝播方向の制御作用について、以下に説明する。
図３に示すように、鋼板溶接継手１の長手方向の一方側（図３における縦長方向の上側）で発生した脆性き裂は、鋼板溶接継手１における長手方向の他方側（図３における縦長方向の下側）に向かって伝播を開始する（図３中の二点鎖線矢印を参照）。この際、本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）では、鋼板溶接継手１、図示例では鋼板継手１１を長手方向で伝播した脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播し、その後、図３中の符号Ｆのように、き裂の伝播方向が、傾斜ビード３１の後端３１ｂ付近で鋼板２の母材側に逸れる。そして、鋼板２の母材側に逸れて伝搬するき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の母材領域で停止される。
【００３５】
また、図３に示した脆性き裂とは逆方向の水平ビード３２側から脆性き裂が進展してきた場合でも、図２−ｆのように、突起部４の途中で、脆性き裂の伝播を停止させることができる。
【００３６】
上記作用により、本実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａは、例え、鋼板溶接継手１において脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を広範囲で伝播するのを抑制できるので、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能となる。
このような、本実施形態の鋼板溶接継手１が用いられた溶接構造体Ａを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
【００３７】
＜耐き裂伝播方向制御部の作製方法＞
以下に、上述したような溶接構造体Ａにおいて、耐脆性き裂伝播方向制御部３を作製する方法の一例について説明する。
【００３８】
鋼板を、相互に突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手を有する溶接構造体において、耐脆性き裂伝播方向制御部は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予想される鋼板溶接継手であって、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上の鋼板により形成されている鋼板溶接継手の途中に、少なくとも１箇所設けられる。
【００３９】
該耐脆性き裂伝播方向制御部３は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部４を設け、他方の鋼板に突出部４に対応する形状の切欠き部５を設け、両者を突合せ溶接することで形成される。その際、溶接順序については、特に限定さないが、鋼板溶接継手１１及び鋼板溶接継手１２を先に溶接して形成した後に、耐脆性き裂伝播方向制御部３を溶接して形成するのが一般的である。
【００４０】
上記溶接継手を形成する際に用いる溶接方法としては、鋼板溶接継手１１、１２を形成する溶接には、溶接効率の観点から、エレクトロガスアーク溶接法（ＥＧ溶接法、あるいは２電極ＶＥＧＡ溶接法（２ＶＥＧＡ）等）、サブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）のような大入熱溶接を適用し、耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する溶接には、半自動炭酸ガス溶接や手溶接を適用することが好ましい。また、溶接施工治具を適宜適性化することにより、耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する際に、２電極ＶＥＧＡ溶接等の溶接方法をそのまま用いても、本発明の効果を発揮することが可能である。
【００４１】
本実施形態においては、上述のように、鋼板２同士を突合せ溶接して鋼板溶接継手１を形成する際の溶接方法及び溶接材料については、特に限定されない。また、脆性き裂伝播を可能な限り抑制し、さらに、鋼板溶接継手１をなす鋼板継手１１、１２及び耐脆性き裂伝播方向制御部３において新たな疲労き裂や脆性き裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を、溶接欠陥の無いように、溶接金属で完全に充填することが好ましい。
上記手順により、図３に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手１並びに溶接構造体Ａを製造することができる。
【００４２】
＜溶接構造体を適用した船舶構造体の一例＞
上述した溶接構造体Ａを適用した船舶構造体の一例を図４の概略図に示す。
図４に示すように、船舶構造体７０は、骨材（補強材）７１、デッキプレート（水平部材）７２、船殻内板（垂直部材）７３、船殻外板７４を備えて概略構成される。また、図示例の船舶構造体７０は、船殻内板７３をなす複数の鋼板２同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手１（図４中では図示略）の長手方向の一部に耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられることで、本実施形態の溶接構造体Ａを具備する構造とされている。
上記構成の船舶構造体７０によれば、本実施形態の溶接構造体Ａの構成を適用することにより、例え、鋼板溶接継手を伝播する脆性き裂が発生した場合であっても、耐脆性き裂伝播方向制御部３により、き裂の伝播方向を効果的に制御できる。これにより、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂を安定的に停止させることができ、船殻内板７３、ひいては船舶構造体７０に大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００４３】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態である溶接構造体Ｂについて、主に図５を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
本実施形態の溶接構造体Ｂでは、図５に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３を母材の一部の領域２０ａ、２０ａの脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板２０、２０を突合せ溶接することで鋼板溶接継手１が形成されている場合の例であり、この点で、鋼板２の母材全体が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている第１の実施形態の溶接構造体Ａとは異なる。
【００４５】
溶接構造体Ｂでは、耐脆性き裂伝播方向制御部３を、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域２０ａに隣接して設ける必要がある。図５では、耐脆性き裂伝播方向制御部の水平ビード３２が領域２０ａに接している例を示している。
溶接構造体Ｂによれば、鋼板溶接継手１０に脆性き裂が発生した場合、鋼板溶接継手１０を伝播してきたき裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部３に備えられる傾斜ビード３１の頂点３１ａ又は後端３１ｂの位置で鋼板２０の母材側に逸らすことができる（図５中の二点鎖線矢印を参照）。そして、第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａと同様、鋼板２０の母材側に逸れたき裂は、鋼板２０の前記領域２０ａにおいて直ちに停止するので、鋼板溶接継手１０が破断せず、また、溶接構造体Ｂに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。また、本実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂは、前記領域２０ａが、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされていることがより好ましい。
【００４６】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態である溶接構造体Ｃについて、主に図６を参照しながら、先の実施形態と共通する部分は省略して説明する。
【００４７】
溶接構造体Ｃは、突合せ溶接される鋼板が、複数の小鋼板を突合せ溶接されて形成されている場合の例である。
【００４８】
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃでは、図６に示すように、突合せ溶接される鋼板２０Ａ、２０Ａが、鋼板溶接継手１０Ａの長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板（図６中の符号２１、２２の組と２３、２４の組）からなるとともに、この小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手２５、２６が形成されている。そして、耐脆性き裂伝播方向制御部３０の傾斜ビード３１の後端３１ｂ側に形成される水平ビードは、この小鋼板溶接継手２５、２６を含む構成となっており、鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、この点で、上述の第１及び第２の実施形態の鋼板溶接継手１、１０並びに溶接構造体Ａ、Ｂとは異なる。
また、図６に示す例においては、図示の都合上、小鋼板として４枚の小鋼板２１〜２４を示し、小鋼板２１と小鋼板２２とが小鋼板溶接継手２５で接合され、小鋼板２３と小鋼板２４とが小鋼板溶接継手２６で接合されている。また、図示例の溶接構造体Ｃは、小鋼板溶接継手２５、２６が連なって直線状に形成されている。
【００４９】
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、小鋼板２２及び小鋼板２４をなす母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている一方、小鋼板２１及び小鋼板２３の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは特に規定しない構成とされている。
【００５０】
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃによれば、上述の溶接構造体Ａ、Ｂと同様、鋼板溶接継手１０Ａに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を傾斜ビード３１に沿うように伝播させ、傾斜ビード３１の後端３１ｂの位置で鋼板２０Ａの母材側に逸らすことができる（図６中の二点鎖線矢印を参照）。図６に示す例では、鋼板溶接継手１０Ａに発生した脆性き裂が、鋼板２０Ａを構成する小鋼板２１側に逸れている。
そして、鋼板２０Ａの母材側に逸れたき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い小鋼板２２において直ちに停止するので、鋼板溶接継手１０Ａが破断せず、また、溶接構造体Ｃに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、鋼板２０Ａをなす小鋼板２２、２４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることがより好ましい。
【００５１】
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態である鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄについて、主に図７を参照しながら説明する
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、図７に示すように、鋼板２０Ｂが、鋼板溶接継手１０Ｂの長手方向で配列される少なくとも２以上の小鋼板（図７中の符号３１、３２の組と３３、３４の組）からなるとともに、この小鋼板同士を突合せ溶接することで小鋼板溶接継手３５、３６が形成されている点で、第３の実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃと構成が一部共通している。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、鋼板２０Ｂをなす全ての小鋼板３１〜３４の母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上とされている。
【００５２】
溶接構造体Ｄによれば、上述の鋼板溶接継手１、１０、１０Ａ並びに溶接構造体Ａ〜Ｃと同様、鋼板溶接継手１０Ｂに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を傾斜ビード３１の頂点３１ａの位置で鋼板２０Ｂの母材側に逸らすことができる（図７中の二点鎖線矢印を参照）。また、小鋼板３１、３３の、Ｋｃａも高いので、傾斜ビード３１に沿う方向に脆性き裂の伝播方向が変わらない場合でも、小鋼板３１の母材あるいは突起部４に突入したき裂を、小鋼板３１、３３のアレスト性能によって停止できる。さらに、鋼板継手１２側から脆性き裂が進展してきた場合でも、図２−ｆのように、突起部４の途中で、脆性き裂の伝播を停止させることができる。
この結果、鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、鋼板２０Ｂをなす全ての小鋼板３１〜３４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であることがより好ましい。
【００５３】
以下、本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００５４】
［溶接構造体の製造］
まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分の鋳塊を作製した。そして、日本海事協会（ＮＫ）規格船体用圧延鋼材ＫＡ３２、ＫＡ３６、ＫＡ４０の規格に準じた製造条件で、前記鋳塊を再加熱して熱間圧延することで、板厚が約５２ｍｍの鋼板を製造した。さらに、この鋼板に対して各種熱処理を施すとともに、この際の条件を制御することにより、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ１．５）が種々の値になるように適宜調整した。
製造した鋼板から、試験片のサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×板厚のＥＳＳＯ試験（脆性き裂伝播停止試験）片を適宜採取し、−１０℃におけるＫｃａ特性を評価・確認するとともに、鋼板の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）を測定した。表１にＫｃａ特性及びｖＴｒＳ１を合わせて示した。【００５５】
次に、図３、７に示すように、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂに、表２、４に示す寸法の傾斜ビードが形成されるように、互いに嵌め合わせ可能な突起部４と切欠き部５を形成し、さらに、適用すべき溶接方法に応じた開先加工を施した。
次に、表２、４に示す溶接方法及び条件を適用して、まず、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂ間の一部を溶接することにより、鋼板継手１１を形成した。そして、表２〜５に示す溶接方法及び条件を適用して鋼板２の溶接端２ａ、２ｂ間を溶接することで、耐脆性き裂伝播方向制御部３並びに鋼板継手１２を形成することにより、鋼板溶接継手１を形成し、鋼板２、２を互いに接合した。この際、図８に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３の後端３１ｂの位置が、鋼板２の下端から１５００ｍｍとなるように調整した。
なお、溶接方法としては、ＥＧ：一般的なエレクトロガスアーク溶接法、ＶＥＧＡ：  電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、２ＶＥＧＡ：電極の遥動機構を備えた２電極エレクトロガスアーク溶接法、ＳＥＧ：電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、ＳＡＷ：サブマージアーク溶接法、ＣＯ２：炭酸ガスアーク溶接法、ＳＭＡＷ：被覆アーク溶接法を用いた。【００５６】
なお、鋼板継手１１、１２、耐脆性き裂伝播方向制御部３の形成箇所においては、新たなき裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を溶接金属で完全に充填するように溶接処理を行なった。その後、各継手を冷却することにより、図３に示すような鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例、比較例）を製造した。また、上記同様に、下記表２〜５に示す条件で各鋼板を接合することにより、図５〜図７に示すような鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例、比較例）を製造した。【００５７】
【表１】
2012008055.tif 000003
【００５８】
【表２】
2012008055.tif 000004
【表３】
2012008055.tif 000005
【００５９】
【表４】
2012008055.tif 000006
【表５】
2012008055.tif 000007
【００６０】
［評価試験］
上記手順によって製造した鋼板溶接継手及び溶接構造体について、以下のような評価試験を行った。
まず、図９に示すような試験装置９０を準備するとともに、上記手順で作製した溶接構造体のサンプルの各々を適宜調整し、試験装置９０に取り付けた。ここで、図８中に示す鋼板溶接継手１に設けたき裂発生部である窓枠８１は、楔をあてがって所定の応力を印加することで強制的に脆性き裂を発生させるためのものであり、切欠き状の先端部は０．２ｍｍ幅のスリット加工を施したものである。【００６１】
次いで、鋼板溶接継手１の溶接線Ｌと垂直方向に２６２Ｎ／ｍｍ２および３００Ｎ／ｍｍ２の引張応力を付与することにより、鋼板溶接継手１に脆性き裂を発生させた。そして、この脆性き裂を、鋼板溶接継手１（鋼板継手１１）の溶接線Ｌ上で伝播させることにより、溶接構造体の耐脆性き裂伝播性を評価した。この際、脆性き裂発生部は−６０℃以下に冷却したが、脆性き裂伝播部である鋼板溶接継手１の温度は、船舶の一般的な設計温度である−１０℃とした。
なお、窓枠８１を鋼板継手１２に設け、脆性き裂を下側から耐脆性き裂伝播方向制御部３に突入させる試験も行った。【００６２】
そして、鋼板溶接継手１を伝播した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部３に到達した後、その脆性き裂が伝播する方向及び停止位置を確認し、き裂の伝播、停止の形態を、図２のａ〜ｆに対応する以下に示す５段階（ａ〜ｆ）で評価し、下記表２に示した。
［ａ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、その後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板において直ちに停止した（図２−ａの形態）。
［ｂ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入し、該突起部において直ちに停止した（図２−ｂの形態）。
［ｃ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入、伝播し、そのまま鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した（図２−ｃの形態）。
［ｄ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、そのまま鋼板溶接継手に沿って戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した（図２−ｄの形態）。
［ｅ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部内又は当該制御部に沿って伝播した後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板を伝播した（図２−ｅの形態）。
［ｆ］…下側から進展した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該突起部において直ちに停止した（図２−ｆの形態）。【００６３】
本実施例で用いた鋼板の化学成分組成、鋼板製造条件及び母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ１．５）の一覧を表１に示すとともに、鋼板溶接継手１を形成する際の溶接条件、脆性き裂伝播方向制御部３の形状、脆性き裂伝播方向制御部３に隣接する小鋼板溶接継手を形成する際の溶接条件、及び、脆性き裂の伝播の評価結果の一覧を表２〜５に示す。【００６４】
［評価結果］
表２〜５に示す本発明例１〜１９は、図３に示す第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａに関する例であり、本発明例２０〜２５は、図６に示す第３の実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃに、本発明例２６〜３０は、図７に示す第４の実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ及び溶接構造体Ｄに、本発明例３１〜３３は、図５に示す第２の実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂにそれぞれ関する例である。なお、発明例１４、２２、２８は、き裂が下側から耐脆性き裂伝播方向制御部３に突入した例である。
また、表２に示す比較例１、２は、溶接構造体Ａと同様の構造を有する例であり、比較例３、４は溶接構造体Ｂと同様の構造を、比較例５、６は、溶接構造体Ｃと同様の構造を、比較例７〜９は、溶接構造体Ｄと同様の構造をそれぞれ有する例である。なお、比較例６は、下側からき裂が突入した例である。【００６５】
表２〜５に示すように、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例１〜３３）は、脆性き裂の伝播の形態が、全て［ａ］、［ｂ］または［ｆ］となり、き裂の進展を停止させることができた。これにより、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが確認できた。【００６６】
ここで、本発明例１、２、１２〜１４、１６、２６は、耐脆性き裂伝播方向制御部３の傾斜ビード３１の角度θが、鋼板溶接継手１の長手方向に対して３０°以下、あるいは４５°以上であったため、き裂が、耐脆性き裂伝播方向制御部３から鋼板２の母材（突起部４）に突入し、鋼板２にて停止した例である。
また、それ以外の本発明例においては、耐脆性き裂伝播方向制御部３に到達した脆性き裂が、当該制御部に沿って伝播した後、鋼板の母材に突入して直ちに停止した例である。
このように、上記本発明例１〜３３の鋼板溶接継手及び溶接構造体は、何れも、所定の耐脆性き裂伝播性を有していることが確認できた。【００６７】
これに対し、比較例１〜９の溶接構造体は、鋼板の母材特性、耐脆性き裂伝播方向制御部の形状の何れかが本発明の規定を満たしていないため、耐脆性き裂の伝播の形態が［ｃ］〜［ｅ］の形態となり、脆性き裂の伝播を停止できなかった例である。【００６８】
比較例１、７〜９の溶接構造体は、耐脆性き裂伝播方向制御部近傍で鋼板母材側に突入した脆性き裂が母材部で停止できず、再び溶接継手に突入して伝播し、評価が若干低い［ｃ］となった例であるが、比較例１は、傾斜ビード３１の角度θが５０°を超えたため、比較例７は、耐脆性き裂伝播方向制御部の高さＨが不充分で、かつ、横幅Ｗが上記（２）式を満たさないため、比較例８、９は、小鋼板溶接継手をなす溶接金属部が鋼板溶接継手となす角度θ２が、８０°未満あるいは１１０°を超えたため、そのような結果になった。
また、比較例２は、傾斜ビードの角度が不足し、かつ、横幅Ｗが上記（２）式を満たさないため、また比較例６は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部に沿って伝播方向を変えた脆性き裂が再び鋼板溶接継手を伝播し、［ｄ］となった例である。
また、比較例３〜５は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部にて脆性き裂の伝播方向を制御できたのにも関わらず、鋼板の母材に突入した脆性き裂がそのまま伝播し、［ｅ］となった例である。【００６９】
以上の結果により、本発明の鋼板溶接継手及び溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが明らかである。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０、１０Ａ、１０Ｂ  鋼板溶接継手
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  溶接構造体
２、２０、２０Ａ、２０Ｂ  鋼板
２０ａ  領域（鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの後端側よりも外側の部位）
３、３０  耐脆性き裂伝播方向制御部
３１  傾斜ビード
３２  水平ビード
３１ｂ  後端（傾斜ビード）
４  鋼板の突起部
５  鋼板の切欠き部
２５、２６、３５、３６  小鋼板溶接継手
２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４  小鋼板
７０  船舶構造体
Ｌ  溶接線
Ｈ  傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さ
Ｗ  傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅
【図１】
2012008055.tif 000008
【図２】
2012008055.tif 000009
【図３】
2012008055.tif 000010
【図４】
2012008055.tif 000011
【図５】
2012008055.tif 000012
【図６】
2012008055.tif 000013
【図７】
2012008055.tif 000014
【図８】
2012008055.tif 000015
【図９】
2012008055.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月6日(2011.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接継手に脆性き裂が発生した場合に、脆性き裂の伝播を制御、抑制する耐脆性き裂伝播性に優れた溶接継手、及びその溶接継手を有する溶接構造体に関する。
特に、厚鋼板を用いて溶接を適用した溶接構造物の溶接継手において脆性き裂が発生した場合でも、その伝播を制御、抑制して安全性を向上させることができる耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型コンテナ船やバルクキャリア等の船舶用溶接構造体、建築構造物、土木鋼構造物に代表される溶接構造体においては、脆性き裂等の破壊に対する高い安全性が求められるようになっている。特に、コンテナ船は大型化が顕著であり、例えば、６０００ＴＥＵ以上の大型コンテナ船が製造されるようになり、船殻外板の鋼板が厚肉化並びに高強度化し、板厚７０ｍｍ以上で降伏強度３９０Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼板が用いられるようになっている。
ここで、ＴＥＵ（Ｔｗｅｎｔｙ  ｆｅｅｔ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）とは、長さ２０フィートのコンテナに換算した個数を表し、コンテナ船の積載能力の指標を示している。
このような大型コンテナ船は、積載能力や荷役効率の向上のため、仕切り壁を無くして上部開口部を大きく確保した構造とされており、特に、船殻外板や内板の強度を確保する必要があるため、上記のような高強度鋼板が用いられている。
【０００３】
上述のような溶接構造物を建造する際、建造コストの低減や建造効率向上を目的として、大入熱溶接（例えば、エレクトロガスアーク溶接）が広く適用されている。小さな入熱量の適用による多層盛溶接では、特に、鋼板の板厚が増すほど溶接工数が著しく増加するため、極限まで大入熱で溶接を行なうことが要求される。しかしながら、鋼板の溶接に大入熱溶接を適用した場合、溶接熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の靭性が低下し、ＨＡＺの幅も増大するため、脆性破壊に対する破壊靭性値が低下する傾向にある。
【０００４】
このため、溶接継手において脆性き裂が発生するのを抑制するとともに、脆性き裂の伝播停止（アレスト）を達成することを目的として、耐脆性破壊特性に優れたＴＭＣＰ鋼板（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ：熱加工制御）が提案されている。上記ＴＭＣＰ鋼板を用いることにより、脆性破壊発生に対する抵抗値である破壊靭性値が向上するため、通常の使用環境では、構造物が脆性破壊する可能性は極めて低くなる。しかしながら、地震や構造物同士の衝突の事故や災害等の際に、万が一、脆性破壊が生じると、脆性き裂がＨＡＺを伝播して大きな破壊が生じるおそれがある。
【０００５】
例えば、コンテナ船等に代表される溶接構造体では、板厚５０ｍｍ程度のＴＭＣＰ鋼板等が使用され、万が一、溶接継手で脆性き裂が発生しても、溶接残留応力によって脆性き裂が溶接部から母材側に逸れるので、母材のアレスト性能を確保すれば、脆性き裂を母材で停止できると考えられていた。また、６０００ＴＥＵを超える大型コンテナ船等、さらに大型の溶接構造体においては、より大きな板厚の鋼板が必要となり、さらに、構造を簡素化するうえで鋼板の厚肉化が有効であることから、設計応力が高い高張力鋼の厚鋼板を用いることが求められていた。しかしながら、このような厚鋼板を用いた場合、ＨＡＺの破壊靭性の程度によっては、脆性き裂が母材に逸れること無くＨＡＺに沿って伝播し続け、溶接構造物に大きな破壊をもたらすおそれがある。
【０００６】
上記問題を解決するため、突合せ溶接継手の一部に補修溶接（継手の一部分に対してはつりを行い、その箇所に埋め戻し溶接する）を施し、ＨＡＺに沿って伝播する脆性き裂を母材側に逸らせる構成とされた溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１の溶接構造体では、母材の破壊靭性が非常に優れている場合には有効であるが、母材の破壊靭性が不充分な場合には、母材側に逸れた脆性き裂が長く伝播し、構造物としての強度が著しく低下するおそれがある。また、埋め戻し溶接部のボリュームが大きめとなり、工程時間が長くなるとともに、製造コストも増大するという問題がある。
【０００７】
また、溶接継手に発生する脆性き裂の伝播を停止させたい領域に、脆性き裂の伝播を制御する目的で、板状のアレスタ材が溶接線と交差するように貫通して溶接され、アレスタ材として、表面や裏面の板厚比２％以上の厚みの表層域における集合組織が適正化されたものを用いる溶接構造体が提案されている（例えば、特許文献２）。
しかしながら、特許文献２に記載の溶接構造体を大型建造物に適用した場合、例えば、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手を伝播してアレスタ材に突入し、そのままアレスタ材の内部を伝播した後、再び溶接継手を伝播するおそれがある。一方、溶接継手を伝播した脆性き裂が、アレスタ材及び該アレスタ材を鋼板に溶接する溶接継手の位置で母材側に逸れた場合には、上記同様、母材の破壊靭性が不充分だと脆性き裂が長く伝播し、溶接構造物としての強度が著しく低下するという問題も懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３１７０８号公報
【特許文献２】特開２００７−０９８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能な、耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、溶接構造体の溶接継手に発生した脆性き裂が、溶接継手や母材を伝播するのを防止するため、溶接継手の途中に、特許文献２のような脆性き裂の伝播を制御する継手構造を設ける場合について鋭意研究した。
この結果、脆性き裂の伝播を制御する継手構造の形状並びに鋼材特性を適正化することにより、溶接継手及び母材における脆性き裂の伝播を抑制し、溶接構造体に大規模な破壊が発生するのを防止できることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は、請求の範囲に記載した以下の内容に関する。
【００１１】
［１］  少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで形成されてなる鋼板溶接継手において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線から連続して形成され、前記他方の鋼板内部に向かって鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜して延伸しており、かつ、傾斜ビードの前記鋼板内部に延伸した後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【００１２】
［２］  前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足すること、を特徴とする上記［１］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
ｄ＋５０  ≦  Ｗ    ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
［３］  前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする上記
［１］又は［２］に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
［４］  前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする上記［１］〜［３］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【００１３】
［５］  前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手が形成されており、前記長手配列鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線から延伸する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端部と鋼板溶接継手の溶接線の間に形成される横行ビードを含むこと、を特徴とする上記［１］〜［４］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【００１４】
［６］  母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体であって、該鋼板溶接継手の少なくとも１箇所に、上記［１］〜［５］の何れかに記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
【００１５】
なお、本発明では、溶接金属部と溶接熱影響部を含む部分を溶接継手と定義する。また、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは、当該溶接構造体が使用される温度、あるいは設計温度における数値である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の溶接構造体によれば、鋼板を突合せ溶接して形成した溶接継手の少なくとも一箇所に、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードとからなる耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられているので、たとえ溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、溶接継手を伝播する脆性き裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部によって鋼板母材のアレスト性能の高い部位にそらしたり、あるいは該耐脆性き裂伝播方向制御部で阻止することができ、脆性き裂が溶接継手や母材を伝播するのが抑制できる。
従って、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能な溶接構造体を、高い生産効率及び低コストで得ることができる。
このような本発明に係る溶接構造体が、大型船舶をはじめ、建築構造物や土木鋼構造物等の各種溶接構造物に使用されることで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々が同時に満たされることから、その産業上の効果は計り知れない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を説明する図であり、鋼板同士が溶接されて形成された鋼板溶接継手の一部に、傾斜ビードを有する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられた状態を示す平面図である。
【図２】鋼板溶接継手の一部に図１に示される耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられた場合の脆性き裂の進展状況を説明する模式図である。
【図３】本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体のき裂伝播特性を説明する模式図であり、図１に示す鋼板溶接継手及び溶接構造体の要部拡大図である。
【図４】本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体を、船舶用溶接構造体に適用した場合について説明する概略図である。
【図５】本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。
【図６】本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。
【図７】本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体の他の例を説明する図３と同様の図である。
【図８】本発明の実施例で用いる溶接継手試験体について説明する図である。
【図９】本発明の実施例における耐脆性き裂伝播性を評価するための引張試験方法について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
【００１９】
従来、鋼板溶接継手において発生した脆性き裂は、主として、鋼板溶接継手に沿って長手方向を伝播する。このため、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂が起点となり、溶接構造体全体に大きな破壊が生じるおそれがあるという問題があった。
本発明者等は、上述のような脆性き裂の伝播方向を効果的に制御し、溶接構造体においてき裂が伝播するのを抑制するためには、上記従来技術において、さらに脆性き裂の伝播を制御する部材の形状並びに鋼材特性を適正化することが重要であることを知見した。
本発明の基本原理について図１、２を用いて説明する。
【００２０】
本発明では、鋼板２、２を突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手１の途中に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部３を設ける。
該耐脆性き裂伝播方向制御部３は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部４を設け、他方の鋼板に突出部４に対応する形状の切欠き部５を設け、両者を突合せ溶接することで形成される。
突起部４は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部４と切欠き部５の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード３１が、前記鋼板溶接継手１から連続して形成される。
【００２１】
鋼板溶接継手が大きな破壊エネルギーを受けて鋼板溶接継手１に脆性き裂が発生した場合でも、この耐脆性き裂伝播方向制御部３を設けることで、き裂の伝播を次のようにして制御する。
鋼板溶接継手１の長手方向の一方側（図２−ａ〜ｅ上側）で発生した脆性き裂ＣＲは、鋼板２と鋼板溶接継手１の境界に沿って伝播する。き裂ＣＲが傾斜ビード３１に達したとき、き裂ＣＲは、突起部４に突入することなく、図２−ａに示すように、鋼板２と傾斜ビード３１の境界に沿って伝播し、鋼板２の母材部に到達することになる。このとき、母材部に進入しても鋼板２の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが高いと、そこでき裂ＣＲの進展を停止することができる。
【００２２】
また、破壊エネルギーの程度によっては、き裂が傾斜ビードから突起部４に突入する場合もある。その場合でも、突起の高さが十分ある場合や、突起を形成する母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが十分に高い場合には、図２−ｂに示すように、突起部４の領域の内部で脆性き裂の伝播を停止させることができる。
さらに、鋼板溶接継手１の長手方向の他方側（下側）から脆性き裂ＣＲが伝播してきた場合でも、耐脆性き裂伝播方向制御部３のＫｃａを高くし、かつ耐脆性き裂伝播方向制御部３の溶接継手に沿った方向の高さを十分なものにしておけば、図２−ｆに示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３内部で、き裂ＣＲの進展を停止することができる。
【００２３】
逆に、耐脆性き裂伝播方向制御部３のＫｃａが低い場合や耐脆性き裂伝播方向制御部３の形状が十分でない場合などでは、図２−ｃのように、脆性き裂ＣＲが耐脆性き裂伝播方向制御部３を貫通したり、図２−ｄのように傾斜ビードから鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手１を伝播することが想定される。また、鋼板のＫｃａが低い場合には、傾斜ビードから鋼板に逸れた脆性き裂が図２−ｅのように鋼板を伝播することも想定される。
【００２４】
本発明は、このような基本原理の下で、脆性き裂の進展を阻止する母材鋼板の条件、脆性き裂の進展を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部の条件などについてさらに検討してなされたものであり、以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
＜全体の構成＞
第１の実施形態は、図３に示すように、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板２、２を突合せ溶接することで鋼板溶接継手１が形成されている場合の例であり、以下、この継手に適用した形態を溶接構造体Ａと称して説明する。
溶接構造体Ａにおいては、鋼板溶接継手１の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を、鋼板母材側にそらすため耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられる。耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられる位置は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予測される鋼板溶接継手の途中が望ましい。
該耐脆性き裂伝播方向制御部３は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部４を設け、他方の鋼板に突出部４に対応する形状の切欠き部５を設け、両者を突合せ溶接することで、鋼板継手１１と１２の間に形成される。
突起部４は、鋼板端部から傾斜して突出しており、突起部４と切欠き部５の間の溶接部には、鋼板内部に向かって傾斜して延伸する傾斜ビード３１が、前記鋼板溶接継手１から連続して形成される。
傾斜ビード３１は、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜するように形成されており、傾斜ビード３１の後端３１ｂに横行ビード３２の一端３２ａが接続され、横行ビード３２の他端３２ｂが鋼板継手１２に接続されている。
【００２６】
＜鋼板＞
鋼板２は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上とされる鋼材からなる。耐脆性き裂伝播性がより向上する点からは、６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上であることが好ましい。
鋼板２は、上記Ｋｃａを満足しておれば、化学成分組成や金属組織等については、特定のものに制限されず、船舶用溶接構造体、建築構造物及び土木鋼構造物等の分野において、従来公知の鋼板特性を備えるものを使用することができる。
例えば、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｍｎ：０．３〜２．５％、Ｐ：０．０１％以下、Ｓ：０．００１〜０．０２％を含有する組成を基本とし、この組成に、求められる性能に応じて、さらに、Ｎ：０．００１〜０．００８％、Ｂ：０．０００１〜０．００５％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ａｌ：０．００２〜０．１％、Ｔｉ：０．００３〜０．０５％、Ｃａ：０．０００１〜０．００３％、Ｍｇ：０．００１〜０．００５％、Ｖ：０．００１〜０．１８％、Ｎｉ：０．０１〜５．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜３．０％、Ｃｒ：０．０１〜１．０％、ＲＥＭ：：０．０００５〜０．００５％の１種または２種以上を含有させ、残部はＦｅ及び不可避不純物によって構成される鋼があげられる。
特に、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼板としては、特開２００７−３０２９９３号公報や、特開２００８−２４８３８２号公報などに示されるような組成の厚鋼板が好適に使用できる。
【００２７】
鋼板２の板厚は、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。鋼板２の板厚がこの範囲であれば、溶接構造体としての鋼板強度を確保することができるとともに、優れた耐脆性き裂伝播性を得ることが可能となる。特に、４０ｍｍ以上の鋼板を用いた溶接構造体では、脆性き裂の伝播を止めるための有効な手段がなく、板厚４０ｍｍ以上、より好ましくは５０ｍｍ以上で、１００ｍｍ以下の鋼板を用いた溶接構造体において、本発明はより効果的に実施される。
【００２８】
＜耐脆性き裂伝播方向制御部＞
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板溶接継手１の少なくとも一部に設けられる溶接継手からなるものであり、図３に示す例では、鋼板溶接継手１をなす２箇所の鋼板継手１１、１２の間に耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられている。
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、鋼板溶接継手１（図示例では鋼板継手１１）の溶接線Ｌ上から延伸するとともに、鋼板溶接継手１の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の傾斜角度θで傾斜する傾斜ビード３１を具備してなる。また、図示例の耐脆性き裂伝播方向制御部３は、傾斜ビード３１の後端３１ｂに横行ビード３２の一端３２ａが接続され、横行ビード３２の他端３２ｂが鋼板継手１２に接続されている。
本発明に係る鋼板溶接継手並びにそれが用いられてなる溶接構造体は、上述したような耐脆性き裂伝播方向制御部３を備えることにより、仮に、鋼板溶接継手１に脆性き裂が生じた場合でも、この脆性き裂の伝播方向を制御し、鋼板溶接継手１を貫くようにき裂が伝播して互いに溶接された鋼板２同士が分断するのを防止するものである。
【００２９】
耐脆性き裂伝播方向制御部３は、上述のように、鋼板溶接継手１１の溶接線Ｌ上に配された頂部３１ａから延在する傾斜ビード３１が、鋼板溶接継手１（１１、１２）の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度θで傾斜していることが好ましい。
傾斜ビード３１の傾斜角度を上記範囲とすることにより、鋼板溶接継手１１を伝播する脆性き裂が生じた場合でも、このき裂を、鋼板溶接継手から傾斜ビード３１に沿って進展するように導き、鋼板１の母材側に安定的に逸らすことが可能となる。
【００３０】
耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度θが１５°未満だと、傾斜ビードに沿ってき裂を伝播させても、この傾斜ビードを通過したき裂の位置が、もとのき裂伝播経路である鋼板溶接継手の位置と近くなるため、き裂が再び鋼板溶接継手に突入して伝播するおそれがある。
また、傾斜ビードの角度θが５０°を超えると、鋼板溶接継手を伝播した脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播した後に、鋼板の母材側に逸れず、そのまま、突起部４内に突入する可能性が大きくなる。この場合、耐脆性き裂伝播方向制御部に対して直接的に脆性き裂が突入するため、突起部４の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが十分でない場合には、き裂の伝播が停止せずに耐脆性き裂伝播方向制御部を通過し、再び鋼板溶接継手に突入して伝播するおそれがある。
また、脆性き裂伝播方向制御部の高さＨを、以下に説明するような範囲で確保しつつ、鋼板溶接継手の長手方向に対する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの角度θが５０°を超えると、脆性き裂伝播方向制御部の幅Ｗが大きくなりすぎて現実的でない。
脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播するように導くための傾斜角度θのより好ましい範囲は、２０°以上４５°以下であり、さらに好ましい範囲は２５°以上４０°以下である。
【００３１】
なお、傾斜ビード３１と鋼板継手１２とを結ぶ横行ビード３２は、横行ビード３２と鋼板継手１２の間の角度θ２（図１−ｂ参照）が、８０°（好ましくは９０°）以上、１１０°以下の範囲になるように形成してあればよい。この範囲を外れると、脆性き裂が、傾斜ビードの途中から突起部４に突入したり、図２−ｄのように鋼板継手に戻る危険性がある。
【００３２】
本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）に用いられる耐脆性き裂伝播方向制御部３に設けられる突起部４は、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、前記鋼板溶接継手１から突出する横幅Ｗ（ｍｍ）が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足することが好ましい。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
ｄ＋５０  ≦  Ｗ    ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔ（ｍｍ）は前記鋼板の板厚を表し、ｄ（ｍｍ）は前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅を表す。
【００３３】
耐脆性き裂伝播方向制御部３に設けられる傾斜ビード３１の各寸法値を上記関係とすることにより、仮に、脆性き裂が鋼板溶接継手１を伝播した場合であっても、き裂の伝播方向を、傾斜ビードによって鋼板２の母材側へ効果的に逸らすことが可能となる。また、き裂が突起部４内に突入した場合でも、突起部内部でき裂の進展を停止させることが可能となる。
耐脆性き裂伝播方向制御部の各寸法値の関係が、上記（１）、（２）式で表される関係を満たさない場合、鋼板溶接継手に生じたき裂の状態によっては、このき裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に進入し、鋼板の母材側に逸れずに鋼板溶接継手を伝播してしまう可能性がある。
脆性き裂の伝播をより確実に止めるためには、上記高さＨは、２００ｍｍ以上、または２５０ｍｍ以上、さらには、３００ｍｍ以上がより好ましく、上記（１）式において、Ｈ／Ｔは、２．０以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。
【００３４】
＜脆性き裂の伝播方向の制御＞
上記構成とされた溶接構造体Ａにおいて、鋼板溶接継手１に脆性き裂が発生した場合の、き裂伝播方向の制御作用について、以下に説明する。
図３に示すように、鋼板溶接継手１の長手方向の一方側（図３における縦長方向の上側）で発生した脆性き裂は、鋼板溶接継手１における長手方向の他方側（図３における縦長方向の下側）に向かって伝播を開始する（図３中の二点鎖線矢印を参照）。この際、本実施形態の鋼板溶接継手１（溶接構造体Ａ）では、鋼板溶接継手１、図示例では鋼板継手１１を長手方向で伝播した脆性き裂が傾斜ビード３１に沿って伝播し、その後、図３中の符号Ｆのように、き裂の伝播方向が、傾斜ビード３１の後端３１ｂ付近で鋼板２の母材側に逸れる。そして、鋼板２の母材側に逸れて伝搬するき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の母材領域で停止される。
【００３５】
また、図３に示した脆性き裂とは逆方向の横行ビード３２側から脆性き裂が進展してきた場合でも、図２−ｆのように、突起部４の途中で、脆性き裂の伝播を停止させることができる。
【００３６】
上記作用により、本実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａは、例え、鋼板溶接継手１において脆性き裂が発生した場合であっても、脆性き裂が溶接継手や母材を広範囲で伝播するのを抑制できるので、大規模な破壊が発生するのを未然防止することが可能となる。
このような、本実施形態の鋼板溶接継手１が用いられた溶接構造体Ａを、例えば、大型船舶や建築構造物、土木鋼構造物等の各種溶接構造物に適用することで、溶接構造物の大型化、破壊に対する高い安全性、建造における溶接の高能率化、鋼材の経済性等々を同時に満たすことが可能となる。
【００３７】
＜耐き裂伝播方向制御部の作製方法＞
以下に、上述したような溶接構造体Ａにおいて、耐脆性き裂伝播方向制御部３を作製する方法の一例について説明する。
【００３８】
鋼板を、相互に突合せ溶接して形成された鋼板溶接継手を有する溶接構造体において、耐脆性き裂伝播方向制御部は、衝突や地震などによる大きな破壊エネルギーにさらされたときに、き裂の発生・伝播が予想される鋼板溶接継手であって、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上の鋼板により形成されている鋼板溶接継手の途中に、少なくとも１箇所設けられる。
【００３９】
該耐脆性き裂伝播方向制御部３は、突合せ溶接された一方の鋼板に突出部４を設け、他方の鋼板に突出部４に対応する形状の切欠き部５を設け、両者を突合せ溶接することで形成される。その際、溶接順序については、特に限定さないが、鋼板溶接継手１１及び鋼板溶接継手１２を先に溶接して形成した後に、耐脆性き裂伝播方向制御部３を溶接して形成するのが一般的である。
【００４０】
上記溶接継手を形成する際に用いる溶接方法としては、鋼板溶接継手１１、１２を形成する溶接には、溶接効率の観点から、エレクトロガスアーク溶接法（ＥＧ溶接法、あるいは２電極ＶＥＧＡ溶接法（２ＶＥＧＡ）等）、サブマージアーク溶接法（ＳＡＷ）のような大入熱溶接を適用し、耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する溶接には、半自動炭酸ガス溶接や手溶接を適用することが好ましい。また、溶接施工治具を適宜適性化することにより、耐脆性き裂伝播方向制御部３を形成する際に、２電極ＶＥＧＡ溶接等の溶接方法をそのまま用いても、本発明の効果を発揮することが可能である。
【００４１】
本実施形態においては、上述のように、鋼板２同士を突合せ溶接して鋼板溶接継手１を形成する際の溶接方法及び溶接材料については、特に限定されない。また、脆性き裂伝播を可能な限り抑制し、さらに、鋼板溶接継手１をなす鋼板継手１１、１２及び耐脆性き裂伝播方向制御部３において新たな疲労き裂や脆性き裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を、溶接欠陥の無いように、溶接金属で完全に充填することが好ましい。
上記手順により、図３に示すような、本実施形態の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手１並びに溶接構造体Ａを製造することができる。
【００４２】
＜溶接構造体を適用した船舶構造体の一例＞
上述した溶接構造体Ａを適用した船舶構造体の一例を図４の概略図に示す。
図４に示すように、船舶構造体７０は、骨材（補強材）７１、デッキプレート（水平部材）７２、船殻内板（垂直部材）７３、船殻外板７４を備えて概略構成される。また、図示例の船舶構造体７０は、船殻内板７３をなす複数の鋼板２同士を突合せ溶接することで形成される鋼板溶接継手１（図４中では図示略）の長手方向の一部に耐脆性き裂伝播方向制御部３が設けられることで、本実施形態の溶接構造体Ａを具備する構造とされている。
上記構成の船舶構造体７０によれば、本実施形態の溶接構造体Ａの構成を適用することにより、例え、鋼板溶接継手を伝播する脆性き裂が発生した場合であっても、耐脆性き裂伝播方向制御部３により、き裂の伝播方向を効果的に制御できる。これにより、鋼板溶接継手に生じた脆性き裂を安定的に停止させることができ、船殻内板７３、ひいては船舶構造体７０に大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
【００４３】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態である溶接構造体Ｂについて、主に図５を参照しながら詳述する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態の溶接構造体Ａと共通する構成については、同じ符号を付与するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
本実施形態の溶接構造体Ｂでは、図５に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３を母材の一部の領域２０ａ、２０ａの脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上である鋼板２０、２０を突合せ溶接することで鋼板溶接継手１が形成されている場合の例であり、この点で、鋼板２の母材全体が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上とされている第１の実施形態の溶接構造体Ａとは異なる。
【００４５】
溶接構造体Ｂでは、耐脆性き裂伝播方向制御部３を、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上である領域２０ａに隣接して設ける必要がある。図５では、耐脆性き裂伝播方向制御部の横行ビード３２が領域２０ａに接している例を示している。
溶接構造体Ｂによれば、鋼板溶接継手１０に脆性き裂が発生した場合、鋼板溶接継手１０を伝播してきたき裂を、耐脆性き裂伝播方向制御部３に備えられる傾斜ビード３１の頂点３１ａ又は後端３１ｂの位置で鋼板２０の母材側に逸らすことができる（図５中の二点鎖線矢印を参照）。そして、第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａと同様、鋼板２０の母材側に逸れたき裂は、鋼板２０の前記領域２０ａにおいて直ちに停止するので、鋼板溶接継手１０が破断せず、また、溶接構造体Ｂに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。また、本実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂは、前記領域２０ａが、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上とされていることがより好ましい。
【００４６】
［第３の実施形態］
以下、本発明の第３の実施形態である溶接構造体Ｃについて、主に図６を参照しながら、先の実施形態と共通する部分は省略して説明する。
【００４７】
溶接構造体Ｃは、突合せ溶接される鋼板が、複数の長手配列鋼板を突合せ溶接されて形成されている場合の例である。
【００４８】
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃでは、図６に示すように、突合せ溶接される鋼板２０Ａ、２０Ａが、鋼板溶接継手１０Ａの長手方向で配列される少なくとも２以上の長手配列鋼板（図６中の符号２１、２２の組と２３、２４の組。単に、鋼板ともいう。）からなるとともに、この長手配列鋼板同士を突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手２５、２６が形成されている。そして、耐脆性き裂伝播方向制御部３０の傾斜ビード３１の後端３１ｂ側に形成される横行ビードは、この長手配列鋼板溶接継手２５、２６を含む構成となっており、鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、この点で、上述の第１及び第２の実施形態の鋼板溶接継手１、１０並びに溶接構造体Ａ、Ｂとは異なる。
また、図６に示す例においては、図示の都合上、長手配列鋼板として４枚の鋼板２１〜２４を示し、鋼板２１と鋼板２２とが長手配列鋼板溶接継手２５で接合され、鋼板２３と鋼板２４とが長手配列鋼板溶接継手２６で接合されている。また、図示例の溶接構造体Ｃは、長手配列鋼板溶接継手２５、２６が連なって直線状に形成されている。
【００４９】
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、鋼板２２及び鋼板２４をなす母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上とされている一方、鋼板２１及び鋼板２３の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａは特に規定しない構成とされている。
【００５０】
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃによれば、上述の溶接構造体Ａ、Ｂと同様、鋼板溶接継手１０Ａに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を傾斜ビード３１に沿うように伝播させ、傾斜ビード３１の後端３１ｂの位置で鋼板２０Ａの母材側に逸らすことができる（図６中の二点鎖線矢印を参照）。図６に示す例では、鋼板溶接継手１０Ａに発生した脆性き裂が、鋼板２０Ａを構成する長手配列鋼板２１側に逸れている。
そして、鋼板２０Ａの母材側に逸れたき裂は、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａの高い長手配列鋼板２２において直ちに停止するので、鋼板溶接継手１０Ａが破断せず、また、溶接構造体Ｃに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃは、鋼板２０Ａをなす長手配列鋼板２２、２４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上であることがより好ましい。
【００５１】
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態である鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄについて、主に図７を参照しながら説明する
本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、図７に示すように、鋼板２０Ｂが、鋼板溶接継手１０Ｂの長手方向で配列される少なくとも２以上の長手配列鋼板（図７中の符号４１、４２の組と４３、４４の組）からなるとともに、この長手配列鋼板同士を突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手３５、３６が形成されている点で、第３の実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃと構成が一部共通している。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、鋼板２０Ｂをなす全ての長手配列鋼板４１〜４４の母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ1.5以上とされている。
【００５２】
溶接構造体Ｄによれば、上述の鋼板溶接継手１、１０、１０Ａ並びに溶接構造体Ａ〜Ｃと同様、鋼板溶接継手１０Ｂに脆性き裂が発生した場合でも、この脆性き裂を傾斜ビード３１の頂点３１ａの位置で鋼板２０Ｂの母材側に逸らすことができる（図７中の二点鎖線矢印を参照）。また、長手配列鋼板４１、４３のＫｃａも高いので、傾斜ビード３１に沿う方向に脆性き裂の伝播方向が変わらない場合でも、長手配列鋼板４１の母材あるいは突起部４に突入したき裂を、長手配列鋼板４１、４３のアレスト性能によって停止できる。さらに、鋼板継手１２側から脆性き裂が進展してきた場合でも、図２−ｆのように、突起部４の途中で、脆性き裂の伝播を停止させることができる。
この結果、鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄに大規模な破壊が生じるのを防止することが可能となる。
また、本実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ並びに溶接構造体Ｄは、鋼板２０Ｂをなす全ての長手配列鋼板４１〜４４の母材が、脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ＝６０００Ｎ／ｍｍ1.5以上であることがより好ましい。
【００５３】
以下、本発明に係る耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００５４】
［溶接構造体の製造］
まず、製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分の鋳塊を作製した。そして、日本海事協会（ＮＫ）規格船体用圧延鋼材ＫＡ３２、ＫＡ３６、ＫＡ４０の規格に準じた製造条件で、前記鋳塊を再加熱して熱間圧延することで、板厚が約５２ｍｍの鋼板を製造した。さらに、この鋼板に対して各種熱処理を施すとともに、この際の条件を制御することにより、母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ1.5）が種々の値になるように適宜調整した。
製造した鋼板から、試験片のサイズが５００ｍｍ×５００ｍｍ×板厚のＥＳＳＯ試験（脆性き裂伝播停止試験）片を適宜採取し、−１０℃におけるＫｃａ特性を評価・確認するとともに、鋼板の脆性−延性破面遷移温度ｖＴｒＳ１（℃）を測定した。表１にＫｃａ特性及びｖＴｒＳ１を合わせて示した。
【００５５】
次に、図３、７に示すように、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂに、表２、４に示す寸法の傾斜ビードが形成されるように、互いに嵌め合わせ可能な突起部４と切欠き部５を形成し、さらに、適用すべき溶接方法に応じた開先加工を施した。
次に、表２、４に示す溶接方法及び条件を適用して、まず、鋼板２の溶接端２ａ、２ｂ間の一部を溶接することにより、鋼板継手１１を形成した。そして、表２〜５に示す溶接方法及び条件を適用して鋼板２の溶接端２ａ、２ｂ間を溶接することで、耐脆性き裂伝播方向制御部３並びに鋼板継手１２を形成することにより、鋼板溶接継手１を形成し、鋼板２、２を互いに接合した。この際、図８に示すように、耐脆性き裂伝播方向制御部３の後端３１ｂの位置が、鋼板２の下端から１５００ｍｍとなるように調整した。
なお、溶接方法としては、ＥＧ：一般的なエレクトロガスアーク溶接法、ＶＥＧＡ： 電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、２ＶＥＧＡ：電極の遥動機構を備えた２電極エレクトロガスアーク溶接法、ＳＥＧ：電極の遥動機構を備えた単電極エレクトロガスアーク溶接法、ＳＡＷ：サブマージアーク溶接法、ＣＯ２：炭酸ガスアーク溶接法、ＳＭＡＷ：被覆アーク溶接法を用いた。
【００５６】
なお、鋼板継手１１、１２、耐脆性き裂伝播方向制御部３の形成箇所においては、新たなき裂の起点が生じるのを防止するため、各溶接継手を溶接金属で完全に充填するように溶接処理を行なった。その後、各継手を冷却することにより、図３に示すような鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例、比較例）を製造した。また、上記同様に、下記表２〜５に示す条件で各鋼板を接合することにより、図５〜図７に示すような鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例、比較例）を製造した。
【００５７】
【表１】
2012008055.tif 000017
【００５８】
【表２】
2012008055.tif 000018
【表３】
2012008055.tif 000019
【００５９】
【表４】
2012008055.tif 000020
【表５】
2012008055.tif 000021
【００６０】
［評価試験］
上記手順によって製造した鋼板溶接継手及び溶接構造体について、以下のような評価試験を行った。
まず、図９に示すような試験装置９０を準備するとともに、上記手順で作製した溶接構造体のサンプルの各々を適宜調整し、試験装置９０に取り付けた。ここで、図８中に示す鋼板溶接継手１に設けたき裂発生部である窓枠８１は、楔をあてがって所定の応力を印加することで強制的に脆性き裂を発生させるためのものであり、切欠き状の先端部は０．２ｍｍ幅のスリット加工を施したものである。
【００６１】
次いで、鋼板溶接継手１の溶接線Ｌと垂直方向に２６２Ｎ／ｍｍ２および３００Ｎ／ｍｍ２の引張応力を付与することにより、鋼板溶接継手１に脆性き裂を発生させた。そして、この脆性き裂を、鋼板溶接継手１（鋼板継手１１）の溶接線Ｌ上で伝播させることにより、溶接構造体の耐脆性き裂伝播性を評価した。この際、脆性き裂発生部は−６０℃以下に冷却したが、脆性き裂伝播部である鋼板溶接継手１の温度は、船舶の一般的な設計温度である−１０℃とした。
なお、窓枠８１を鋼板継手１２に設け、脆性き裂を下側から耐脆性き裂伝播方向制御部３に突入させる試験も行った。
【００６２】
そして、鋼板溶接継手１を伝播した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部３に到達した後、その脆性き裂が伝播する方向及び停止位置を確認し、き裂の伝播、停止の形態を、図２のａ〜ｆに対応する以下に示す５段階（ａ〜ｆ）で評価し、下記表２に示した。
［ａ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、その後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板において直ちに停止した（図２−ａの形態）。
［ｂ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入し、該突起部において直ちに停止した（図２−ｂの形態）。
［ｃ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿うことなく鋼板の突起部へ進入、伝播し、そのまま鋼板溶接継手に戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した（図２−ｃの形態）。
［ｄ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該制御部に沿ってき裂が伝播し、そのまま鋼板溶接継手に沿って戻り、再び鋼板溶接継手を伝播した（図２−ｄの形態）。
［ｅ］…脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部内又は当該制御部に沿って伝播した後、当該後端において鋼板の母材側へ突入し、鋼板を伝播した（図２−ｅの形態）。
［ｆ］…下側から進展した脆性き裂が耐脆性き裂伝播方向制御部に到達した後、当該突起部において直ちに停止した（図２−ｆの形態）。
【００６３】
本実施例で用いた鋼板の化学成分組成、鋼板製造条件及び母材の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａ（Ｎ／ｍｍ1.5）の一覧を表１に示すとともに、鋼板溶接継手１を形成する際の溶接条件、脆性き裂伝播方向制御部３の形状、脆性き裂伝播方向制御部３に隣接する長手配列鋼板溶接継手を形成する際の溶接条件、及び、脆性き裂の伝播の評価結果の一覧を表２〜５に示す。
【００６４】
［評価結果］
表２〜５に示す本発明例１〜１９は、図３に示す第１の実施形態の鋼板溶接継手１及び溶接構造体Ａに関する例であり、本発明例２０〜２５は、図６に示す第３の実施形態の鋼板溶接継手１０Ａ及び溶接構造体Ｃに、本発明例２６〜３０は、図７に示す第４の実施形態の鋼板溶接継手１０Ｂ及び溶接構造体Ｄに、本発明例３１〜３３は、図５に示す第２の実施形態の鋼板溶接継手１０及び溶接構造体Ｂにそれぞれ関する例である。なお、発明例１４、２２、２８は、き裂が下側から耐脆性き裂伝播方向制御部３に突入した例である。
また、表２に示す比較例１、２は、溶接構造体Ａと同様の構造を有する例であり、比較例３、４は溶接構造体Ｂと同様の構造を、比較例５、６は、溶接構造体Ｃと同様の構造を、比較例７〜９は、溶接構造体Ｄと同様の構造をそれぞれ有する例である。なお、比較例６は、下側からき裂が突入した例である。
【００６５】
表２〜５に示すように、本発明に係る鋼板溶接継手及び溶接構造体（本発明例１〜３３）は、脆性き裂の伝播の形態が、全て［ａ］、［ｂ］または［ｆ］となり、き裂の進展を停止させることができた。これにより、本発明の溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが確認できた。
【００６６】
ここで、本発明例１、２、１２〜１４、１６、２６は、耐脆性き裂伝播方向制御部３の傾斜ビード３１の角度θが、鋼板溶接継手１の長手方向に対して３０°以下、あるいは４５°以上であったため、き裂が、耐脆性き裂伝播方向制御部３から鋼板２の母材（突起部４）に突入し、鋼板２にて停止した例である。
また、それ以外の本発明例においては、耐脆性き裂伝播方向制御部３に到達した脆性き裂が、当該制御部に沿って伝播した後、鋼板の母材に突入して直ちに停止した例である。
このように、上記本発明例１〜３３の鋼板溶接継手及び溶接構造体は、何れも、所定の耐脆性き裂伝播性を有していることが確認できた。
【００６７】
これに対し、比較例１〜９の溶接構造体は、鋼板の母材特性、耐脆性き裂伝播方向制御部の形状の何れかが本発明の規定を満たしていないため、耐脆性き裂の伝播の形態が［ｃ］〜［ｅ］の形態となり、脆性き裂の伝播を停止できなかった例である。
【００６８】
比較例１、７〜９の溶接構造体は、耐脆性き裂伝播方向制御部近傍で鋼板母材側に突入した脆性き裂が母材部で停止できず、再び溶接継手に突入して伝播し、評価が若干低い［ｃ］となった例であるが、比較例１は、傾斜ビード３１の角度θが５０°を超えたため、比較例７は、耐脆性き裂伝播方向制御部の高さＨが不充分で、かつ、横幅Ｗが上記（２）式を満たさないため、比較例８、９は、長手配列鋼板溶接継手をなす溶接金属部が鋼板溶接継手となす角度θ２が、８０°未満あるいは１１０°を超えたため、そのような結果になった。
また、比較例２は、傾斜ビードの角度が不足し、かつ、横幅Ｗが上記（２）式を満たさないため、また比較例６は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部に沿って伝播方向を変えた脆性き裂が再び鋼板溶接継手を伝播し、［ｄ］となった例である。
また、比較例３〜５は、鋼板の母材のアレスト性能が不充分であったため、耐脆性き裂伝播方向制御部にて脆性き裂の伝播方向を制御できたのにも関わらず、鋼板の母材に突入した脆性き裂がそのまま伝播し、［ｅ］となった例である。
【００６９】
以上の結果により、本発明の鋼板溶接継手及び溶接構造体が、溶接継手に脆性き裂が発生した場合であっても、き裂が溶接継手や母材を伝播するのを抑制でき、溶接構造体の破断を防止することが可能であり、耐脆性き裂伝播性に優れていることが明らかである。
【符号の説明】
【００７０】
１、１０、１０Ａ、１０Ｂ    鋼板溶接継手
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ    溶接構造体
２、２０、２０Ａ、２０Ｂ    鋼板
２０ａ    領域（鋼板溶接継手の長手方向において、該鋼板溶接継手の溶接線上から延在する耐脆性き裂伝播方向制御部の傾斜ビードの後端側よりも外側の部位）
３、３０    耐脆性き裂伝播方向制御部
３１    傾斜ビード
３２    横行ビード
３１ｂ    後端（傾斜ビード）
４    鋼板の突起部
５    鋼板の切欠き部
２５、２６、３５、３６    長手配列鋼板溶接継手
２１、２２、２３、２４、４１、４２、４３、４４ 長手配列鋼板
７０    船舶構造体
Ｌ    溶接線
Ｈ    傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さ
Ｗ    傾斜ビードの鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板を、互いに突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体において、
前記鋼板溶接継手の少なくとも一箇所に、鋼板溶接継手に発生した脆性き裂の伝播を制御する耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられており、
該耐脆性き裂伝播方向制御部は、一方の鋼板に形成された突起部と、それに対向する他方の鋼板との間で突合せ溶接されて形成された傾斜ビードを有しており、
該傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の溶接線から連続して形成され、前記他方の鋼板内部に向かって鋼板溶接継手の長手方向に対して１５°以上５０°以下の範囲の角度で傾斜して延伸しており、かつ、傾斜ビードの前記鋼板内部に延伸した後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項２】
前記耐脆性き裂伝播方向制御部に備えられる前記傾斜ビードは、前記鋼板溶接継手の長手方向に沿った高さＨ（ｍｍ）、鋼板溶接継手の長手方向と交差する方向における横幅Ｗ（ｍｍ）の各々の寸法が、下記（１）、（２）式で表される関係を満足すること、を特徴とする請求項１に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
２Ｔ  ≦  Ｈ        ・・・・・  （１）
ｄ＋５０  ≦  Ｗ    ・・・・・  （２）
但し、上記（１）、（２）式中において、Ｔは前記鋼板の板厚（ｍｍ）を表し、ｄは前記鋼板溶接継手における溶接金属部の幅（ｍｍ）を表す。
【請求項３】
前記鋼板の板厚が２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項４】
前記鋼板は、少なくとも一部の領域の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上であり、前記傾斜ビードの後端部は、少なくとも、前記鋼板のＫｃａが６０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である領域に向かい合うように形成されていること、を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項５】
前記鋼板は、前記鋼板溶接継手の長手方向で配列される少なくとも２以上の鋼板からなるとともに、該長手配列鋼板を互いに突合せ溶接することで長手配列鋼板溶接継手が形成されており、前記長手配列鋼板溶接継手は、前記鋼板溶接継手の溶接線から延伸する前記耐脆性き裂伝播方向制御部の、前記傾斜ビードの後端部と鋼板溶接継手の溶接線の間に形成される横行ビードを含むこと、を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播性に優れた鋼板溶接継手。
【請求項６】
母材の少なくとも一部の脆性き裂伝播停止特性Ｋｃａが４０００Ｎ／ｍｍ１．５以上である鋼板同士を突合せ溶接することで鋼板溶接継手が形成されてなる溶接構造体であって、該鋼板溶接継手の少なくとも１箇所に、上記請求項１〜５の何れか１項に記載の耐脆性き裂伝播方向制御部が設けられていること、を特徴とする耐脆性き裂伝播性に優れた溶接構造体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012008055.tif 000022
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2012008055.tif 000023
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2012008055.tif 000024
【国際調査報告】
2012008055.tif 000025
2012008055.tif 000026
2012008055.tif 000027
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